一、两相流PIV粒子图像处理方法的研究（论文文献综述）
谭挺[1]（2021）在《溃坝波流体运动特征的实验研究》文中提出坝体溃决时,库内水体因重力宣泄而下,坝址上游水位陡落,下游水位陡涨,这种由重力驱动的灾害性水流波动即为溃坝波。作为一种严重灾害性的水体流动现象,溃坝波有着巨大的社会危害性,且由于其研究的复杂性,一直是国内外水利工程领域非常重要的研究方向。对溃坝波流场进行实验研究有利于理解流场真实的结构特征和作用机理,因此开展溃坝波流场特征的实验研究十分必要。然而溃坝波自产生到与结构物相互作用的过程中均会产生强紊动掺气水流,传统多普勒测速仪以及粒子图像测速（Particle Image Velocimetry,PIV）技术对于掺气流动的流速测量较为困难,由于量测手段的局限,导致溃坝引起的强紊动掺气流动的流场特征不明。本文应用粒子图像测速及气泡图像测速（Bubble Image Velocimetry,BIV）结合的实验技术,突破传统PIV技术的限制,对溃坝引起的强紊动掺气流动的流场进行了无接触式的测量,获得了溃坝波砰击下游直墙时掺气运动的内部流场,主要成果与结论如下。（1）针对强紊动掺气流动的随机性,通过20次重复实验进行系综平均以获得统计意义上总体稳健的均值。故根据PIV及BIV技术的原理,结合实验室实际情况搭建一个生成溃坝波的实验平台,通过同步器与电磁铁控制溃坝波生成的实验设计,提高溃坝波生成的同步性。多次实验重复测量的结果表明,实验结果具有足够的重复性和可靠性,满足取系综平均时的可重复性要求。（2）在将PIV及BIV技术测量的结果结合的过程中需将掺气区域与非掺气区域区分开来,因此本文提出基于人工智能的掺气区域智能识别方法,通过不同神经网络的综合比对,发现卷积神经网络的识别效果最好,识别准确率为99.78%。并基于MATLAB平台开发出相应的分析软件,大大降低人工识别的复杂性和时间损耗。（3）针对水平干河床下坝体瞬间全溃产生的溃坝波的运动过程,通过高速相机捕捉其演化过程全景,得到水位随时间的变化,并将其与理论解进行对比。结果表明溃坝初期闸门上游根据非线性浅水方程得到的理论解与实验结果有一定的偏差,偏差随着时间的推移而减小。通过对上游的流场特征分析,偏差来自于溃坝初始阶段垂向速度的存在以及水平速度沿垂线分布不均匀,这与浅水方程的基本假设不符。当时间逐渐推移,垂向速度会不断减小,水平速度分布逐渐均匀,理论解的偏差也随之减小。（4）结合PIV及BIV的技术,对水平干河床下坝体瞬间全溃产生的溃坝波砰击下游直墙的运动过程进行了精确测量。对溃坝波掺气运动的最大速度、砰击直墙过程的爬高速度、运动轨迹及速度分布、涡量分布、湍流强度分布等运动特征进行了分析。流场结果显示,溃坝波砰击直墙时,水体向上爬高后向上游进行反卷,反卷时水流主体包裹气体形成一个水气两相流旋涡,在爬高和反卷时直墙根部均存在一个运动方向相反,范围相对较小的低速旋涡。实验结果中两个方向的平均涡量相差约2倍,两个旋涡及水体反卷水舌触及上游来流所在位置湍流强度相对较高。
崔久军[2]（2021）在《气泡切割运动行为与传质过程研究》文中研究表明在气液两相流中气泡运动行为不仅能够改变流体的速度分布,还可以通过气液界面改变传质和传热效果,对气液接触过程产生重要影响。而气泡切割破裂能够增大气液相界面,对于通过增大气液接触面积提高传质效率的化工过程具有重要研究意义。本课题主要利用粒子成像测速技术与数值模拟计算方法相结合,对单气泡切割行为及传质过程进行了深入研究。研究工作对于气液两相传质、反应设备强化具有一定的理论指导意义和实际应用价值。利用粒子成像测速技术捕捉切割过程中气泡的运动轨迹,分析不同粘度下切割过程中气泡形态变化、速度变化和传质尾迹分布的影响。结果表明:气泡在切割过程存在对称切割、不对称切割和滑过细丝三种形态变化;气泡在切割过程中速度呈现先减小后增大变化趋势;气泡发生对称切割后子气泡稳定速度低于切割前稳定速度,其中直径为7 mm、8 mm气泡速度分别降低了9.2%、7.0%,可以不同直径气泡切割后气泡速度与气泡初始直径有关,存在气泡临界直径,气泡小于临界直径时速度下降幅度明显,本文临界直径在10 mm-11 mm之间;气泡速度下降幅度受粘度影响较小;气泡发生不对称切割时,较大子气泡速度下降幅度小于较小子气泡下降幅度;当气泡滑过细丝后,速度先降低后恢复至原稳定速度,速度上升和下降阶段加速度随粘度增大而减小。利用刃天青与氢氧化钠、葡萄糖的氧化还原反应设计传质实验,对氧气传质尾迹进行捕捉,分析切割过程中氧气浓度分布规律。切割过程中氧气浓度分布主要位于气泡底部,说明气泡进行气液相间传质过程发生于气泡底部;接触细丝前传质尾迹范围较小。随着气泡上升传质尾迹逐渐变长,浓度梯度变大。传质尾迹跟随气泡运动被切割后,传质尾迹范围增大,而较小子气泡传质效率较高,氧气组分消耗较快,传质尾迹逐渐消失。建立传质数值计算模型,利用UDF实现了传质通量量化。考察对称切割与不对称切割过程对流场、速度和CO2溶解量的影响,模拟结果表明:切割过程使气泡周围压力、速度以及流线等发生变化,液相中涡流结构增多,湍流强度增强;切割行为对直径小于6 mm气泡,单位体积CO2溶解量变化较大,能够提高相间传质效率。而初始直径大于6 mm气泡可以对气泡进行多次切割,从而到达强化传质目的;丝径越大,气泡在切割过程速度波动越大;气泡下降幅度随丝径增大而减小,其中0.5 mm细丝下降幅度最大,达到了23%,CO2溶解量受丝径影响较小;气泡发生不对称切割后,子气泡体积存在差异,造成子气泡速度相差较大,CO2溶解量随着体积差增大而减小。
芦园春[3]（2021）在《多仓室流化床中生物质热裂解状态下的运移机理研究》文中研究表明多仓室流化床可降低颗粒返混和抑制热解气的二次裂解而成为生物质热解液化的理想反应器。掌握多仓室流化床中生物质热解状态下的运移机理是优化反应器和提高生物质热解效率的关键。目前仅是在冷态条件下对反应器内气固流化进行研究,但由于生物质热解机理复杂,常伴随动量、质量、能量传递,使得热解颗粒在多仓室流化床内的高效稳定流化研究尚不足;另一方面,实现不同热解年龄阶段的半焦颗粒稳定流化及降低热解各阶段颗粒的返混,同时防止热解气的二次裂解,对提高生物质热解效率和生物油质量具有重要作用。基于此,本文采用数值模拟和实验测量的研究方法对多仓室流化床内杨木屑热解颗粒的演化过程进行研究。研究内容和取得成果如下:（1）通过课题组前期所做杨木屑颗粒在管式炉中的热解实验,结合一步反应动力学模型和颗粒收缩核模型,得到普适性较高且适用于热解温度为450℃、550℃和650℃的颗粒收缩数学模型。将不同热解温度下的颗粒收缩数学模型通过开源代码API导入到离散单元软件EDEM。（2）设计并搭建多仓室流化床中气固流化粒子图像测速实验台,采用粒子图像测速系统（PIV）分析颗粒在床内的流场,并通过颗粒速度验证数值模拟模型的可靠性。研究表明,不同热解年龄段杨木屑颗粒依序进入反应器后,待床层稳定时,各仓室流型变化差异较大,且物料逐级输运效果良好;各仓室所得实验数据与模拟数据吻合较好,表明CFD-DEM耦合模型可很好的预测多仓室流化床内热解状态下的杨木屑颗粒运移规律。（3）采用计算流体动力学软件和离散单元软件（CFD-DEM）耦合模拟方法,对多仓室流化床中杨木屑颗粒热解状态下的运移进行研究,分别研究气速（0.3m/s、0.36m/s、0.5m/s）和温度（450℃、550℃、650℃）条件下杨木屑颗粒在各仓室体积累积量、停留时间、固含量及速度轴径向变化,分析热解颗粒在床内的运移特征。结果表明,多仓室流化床可实现物料的逐级输运,当进口气速为最小流化速度的3-5倍时,气速对热解颗粒在床内的停留时间、粒径分布和固含量变化影响较小;当温度为550℃时,热解收缩率为0.01mm/s,各仓室进气气速控制在初始物料最小流化速度的3-5倍时,可实现稳定流化。本文建立的CFD-DEM耦合气固流化模型可较准确的模拟热解颗粒在多仓室流化床中的流态化过程,为优化和设计反应器具有指导意义。
罗爽[4]（2021）在《泵站虹吸式出水流道水力挟气阶段气液两相流研究》文中研究说明虹吸式出水流道是泵站工程的重要组成部分,因其关机断流安全可靠等优点,在泵站工程中的应用十分广泛。泵站启动到虹吸形成,虹吸式出水流道内将分别经历水力驱气阶段、水力挟气阶段及虹吸稳定形成阶段,其中水力挟气阶段持续时间最长是影响虹吸能否快速形成的关键一步,若因设计流量过低或虹吸流道结构设计不合理导致水力挟气阶段持续时间过长或无法形成虹吸,将会引起机组震动、噪音等不良水力现象,极有可能导致事故发生,若设计流量过高,则同样会导致机组震动,流道内流态过于紊乱等问题,所以对虹吸流道水力挟气阶段的气液两相流研究具有重要的意义。通过水工模型实验发现,水力挟气阶段气团体积相同时因水流流速不同可分为两种典型的挟气状态,探究了下降角及气团体积对挟气阶段不同挟气状态所需最低流速的影响;结合水工模型实验的观测、PIV流场测量设备对流场的测量结果,及气液两相流理论对挟气阶段气团及气泡运动状态和水流流场进行了分析,结果表明,气团迎流面所受到的水流动压力与粘性力能否克服气团受到的浮力、管壁对气团的压力及摩擦力是水流能否将气团整体挟带出驼峰流道从而使气团快速排出下降段形成虹吸的决定性因素;气团破碎的主要原因为气团破碎处紊流强度大及大速度梯度所产生的强剪切力使表面张力无法维持气团自身形态。将基于VOF多相流模型与RSM及RNG k-ε、Realizable k-ε、Standard k-ε四种湍流模型的数值模拟方法得到的同工况数值模拟结果与实验结果进行对比分析,发现基于VOF多相流模型与RNG k-ε湍流模型的计算结果在气团运动形态、气泡数量大小、挟气时间及速度等方面与试验结果最为一致;对数值模拟中的驼峰段多个横截面上的速度云图及流线图进行分析发现气团从中间向两边挤压的原因为横截面上极大的速度梯度,气团破碎处附近横截面因离心力作用会出现对称分布的涡流;使用该数值模拟方法对虹吸流道驼峰段结构参数高宽比及上升角对水力挟气阶段持续时间的影响进行研究,结果表明水力挟气阶段持续时间与高宽比成正相关,与上升角成负相关;最后基于响应曲面法分析了上升角、下降角、高宽比对水力挟气阶段持续时间的显着性及交互影响。
吕瑞琪[5]（2021）在《液压油箱用气液旋流分离器结构优化与分离规律研究》文中研究表明液压系统工作过程中,由于液压泵吸空、阀口气穴等原因,液压油内不可避免有气体的混入,造成液压元件气蚀、液压缸爬行、油液温升等危害,从而对液压系统的稳定性与可靠性造成威胁。目前,液压系统内气泡的去除主要以气泡分离隔板为主,气泡的快速去除方法较为欠缺,理论研究仍存在不足。因此,开展液压油箱用气液旋流分离器结构设计与气泡分离规律研究,实现液压油液与混合气体的高效分离,对提高液压系统稳定性具有重要意义。本文以气液旋流分离器为研究对象。介绍其工作原理与气泡分离影响因素,分析气泡动力学与气液旋流理论,提出一种可靠高效的气液旋流结构,并对旋流流动规律与气泡分离规律开展了CFD（Computational Fluid Dynamics）流场仿真分析,最后通过PIV（Particle Image Velocimetry）可视化试验,对上述研究结果进行了验证。（1）分析气液旋流流动规律与气泡分离机理。明确了气液旋流过程流场分布规律。主要形式为自由涡与强制涡形成的组合涡,同时对气泡受到的曳力、虚拟质量力、横向力、浮力所组成的整体界面力进行了分析,为旋流流动分布状态研究提供理论基础。（2）通过正交试验设计与仿真对比分析,以提高分离效率、减小溢流分流比为目标,对溢流口直径、底流口直径、旋流筒直径、溢流侵入深度以及旋流筒高度五个影响因素进行结构优选,并对五个因素影响程度进行了分析,最终得出最优结构组合。（3）利用欧拉-欧拉气液两相流湍流模型,对旋流工况下气体体积分数、气液压力分布、气液速度分布、多尺度粒径气泡分布开展了仿真分析,得出不同含气量下气液旋流流动与分离规律。（4）运用相似理论,基于PIV可视化试验手段,搭建了气液旋流测试试验平台,对旋流形成过程、气液旋流流动规律、气核集聚与排除脉动规律以及气核尺寸变化规律开展了研究,验证了理论分析的正确性。综合上述研究成果,最终得出气液旋流流动规律与气泡分离规律,为旋流器设计与应用提供理论支撑。
赵行[6]（2021）在《基于PIV和CFD的双层搅拌反应器优化设计》文中研究表明搅拌反应器因操作灵活性好、适用性强和混合效率高而被广泛应用于农业发酵、生物制药和化学化工等相关行业。在工程领域,具有良好的混合性能同时兼顾绿色节能的搅拌反应器一直是研究者所追求的目标。近年来,集成了计算流体力学（CFD）、替代模型和智能优化算法的组合方法极大降低了设计周期和成本,在工业设备建模和优化方面展现出显着的优势和贡献。此外,非线性科学和流体混沌混合理论的发展为定量评价搅拌反应器中混合状态提供了可靠依据。本文基于粒子图像测速（PIV）和CFD方法对5L双层搅拌反应器的操作工艺参数和几何构型进行设计优化研究,主要研究内容及研究结果如下:（1）在搅拌反应器内进行2D-PIV单因素实验,探究了下层桨安装高度、相位角度解析和下层桨类型三个控制因子对反应器流场结构、速度和湍动能分布等测试指标的影响。结果表明,下层桨安装高度在研究区间35-75mm变化时,观测到搅拌反应器内流型从单循环到双循环的转变;圆柱形搅拌反应器内速度和湍动能分布的周期性和周向特性使气体分布器的环形布置优于其它结构;搅拌桨下方取样直线水平范围25-65mm内涵盖了速度和湍动能变化的大部分区域,当采用RT、BBDT和CBDT三种类型的径向流桨作为下层桨时,取样直线上流场的速度和湍动能大小变化并不显着。因此,选择下层桨安装高度和气体分布器直径作为控制因子,并确定试验水平。（2）使用CFD建立搅拌反应器的气液两相流模型,并通过液位差法实验获得的气含率对数值模型进行验证。采用经过验证后的CFD模型结合二次回归正交设计考察了下层桨安装高度、分布器直径和搅拌转速这三个因素对于功率消耗、总体气含率和全局混合性能参数S的影响。方差分析结果表明,下层桨安装高度和搅拌转速对三个指标的显着性大于分布器直径,在双层桨气液搅拌反应器的优化设计过程中,研究者应更加关注下叶轮的高度和搅拌桨转速的设计;回归检验后回归方程P值小于临界值0.05,表明二次回归模型适合描述试验因子与评价指标之间的关系;随后将回归方程输入到Matlab中编写的多目标遗传算法,获得了三目标优化的Pareto前沿解集,最后提出在低负荷/中负荷/高负荷工况下的最优参数优化设计方案。（3）采用分离涡模拟（DES）建立标准全挡板RT-RT搅拌反应器数值模型,并使用PIV技术对其在单相水体系的速度场和湍流动能场进行验证。将实验和仿真归一化后的轴向速度、径向速度和湍动能进行对比,结果表明DES对搅拌反应器流动状况具有较好模拟效果,微观特性监测具有良好的准确性和可靠性。（4）在搅拌反应器中设计出新型45°扭转结构挡板,并对其通用性进行检测。在两种搅拌体系下对扭转挡板综合混合性能进行分析:一是单相流水体系,采用DES方法建立搅拌反应器流场的数值模型,采集流场中的速度和扭矩时间序列,并将最大Lyapunov指数和功率消耗作为评价指标,结果表明新型挡板在不增加功率消耗的情况下可在单相流体系中提供更好的混沌混合性能;二是气液两相流体系,配备有不同黏度的羧甲基纤维素钠溶液,将气含率和混合指数（MI）作为评价指标。结果表明,相较于标准挡板,扭转挡板的存在不利于气体在反应器中的滞留,但在低、中黏度的气液搅拌体系中具有更佳的混合指数。扭转挡板的应用需要考虑到不同的搅拌操作体系和混合目的来使搅拌反应器获得最佳的混合性能。
帅云[7]（2021）在《竖直液体射流场中气泡的破碎、输运、分散规律及气液传质过程强化》文中提出羰基化合成醋酸、醋酐、丙酸等气液反应过程为气液传质控制。传统的羰基合成工艺多采用搅拌釜式反应器,由于反应介质具有强腐蚀性,不仅反应及分离设备需要使用锆材、哈氏合金等耐腐蚀材料制造,制造及维护费用高;而且存在机械搅拌振动大、密封易泄露等问题。工业装置多次出现机械密封泄漏引发的生产事故。采用结构简单的液体喷嘴（静设备）代替传统的机械搅拌（动设备）,通过竖直向下的高速液体射流对气泡的破碎和分散作用实现反应器内气液两相的分散与混合,不仅能解决搅拌器振动和机械密封泄漏问题,而且可以强化气液传质,提升反应效率。这种带有淹没式液体喷嘴和气体分布器的射流鼓泡反应器具有结构简单、安全可靠、维护费用低等特点。然而,由于未能掌握竖直向下的淹没式液体射流对气泡的破碎、输运、分散及其调控规律,极大地限制了射流鼓泡反应器的放大设计及工程化应用。本论文以射流鼓泡反应器为研究对象,采用高速摄像法、气泡图像测速法、目测法、声发射检测等方法对竖直向下的淹没式液体射流场（简称射流场）中单气泡的破碎、气泡群的输运及分散行为进行研究。发现了射流破碎和射流-涡旋破碎两种气泡破碎模式,高液体射流雷诺数下气泡群的周期性类涡旋运动现象,以及增大液体射流速度依次出现的气泛、载气和完全分散三种分散状态;建立了气泡破碎参数的经验模型,明确了气泡群的运动演化及输运规律,发明了气液分散状态的声发射检测方法。进一步,揭示了内构件结构参数、操作参数对射流鼓泡反应器内气液传质和液相返混的影响规律,提出了基于气泡尺寸分布和液相返混程度调控的气液传质过程强化方法。最后,建立了耦合甲醇羰基合成醋酸反应动力学方程的射流鼓泡反应器数学模型,可预测工业射流鼓泡反应器中甲醇转化率和醋酸收率,指导反应器的设计和放大。本论文的主要研究工作和成果如下:1.采用高速摄像法研究射流场中单个气泡的破碎行为,发现了射流破碎和射流-涡旋破碎两种气泡破碎模式。随着射流速度和母气泡尺寸的增加,射流-涡旋破碎发生的概率增大,射流破碎发生的概率减小。确定了气泡破碎区（喷嘴下方0-25倍喷嘴出口直径、射流轴线两侧0-2倍喷嘴出口直径的区域）,建立了气泡破碎频率、子气泡平均数量、子气泡尺寸分布等气泡破碎参数的经验关联式,计算值与实验值的相对偏差小于20%。其中,气泡破碎频率随湍流耗散率和母气泡尺寸的增大而增大,子气泡平均数量随破碎韦伯数的增大而增加,且子气泡尺寸呈L形分布。2.采用气泡图像测速技术研究射流场中气泡群的运动行为,发现了高液体射流雷诺数下气泡群的周期性类涡旋运动以及气泡涡输运气泡作用导致的气泡尺寸单峰分布现象。当液体射流雷诺数（Rej）小于14000时,气泡群的运动轨迹为直线型,气泡尺寸呈双峰分布,反应器底部区域大气泡（直径5 mm以上的气泡）的数量密度高于中部和顶部区域;当Rej超过14000时,气泡群呈现类涡旋运动,且气泡涡周期性摆动,摆动范围和频率均随Rej的增加而增大,不同轴向高度处气泡尺寸均呈单峰分布且基本一致。在液体喷嘴下方,气泡上升速度呈中心向下、两侧向上的分布,受轴向高度和射流速度的影响显着;在液体喷嘴上方,气泡均向上运动,中心上升速度大于两侧上升速度,且上升速度分布受轴向高度和射流速度的影响不大。3.通过目测法研究射流场中气泡分散特性,发现了随着射流速度增加依次出现的气泛、载气和完全分散三种分散状态,并将气泛-载气转变点处的射流速度定义为泛点射流速度（ujf）,载气-完全分散转变点处的射流速度定义为完全分散射流速度（ujcd）。建立了射流场中气液分散状态的声发射检测方法,以声信号标准差的波动分布指数（FI）随射流速度变化曲线的斜率k为特征参数判别气液分散状态。当k=0时对应气泛,当k>0时对应载气,当k<0时对应完全分散。ujf和ujcd的声发射检测值与目测法检测值的平均相对偏差均小于5%。4.采用动态溶氧法研究气体分布器和液体喷嘴的结构参数对射流鼓泡反应器内气液传质性能的影响,发现当输入至反应器的能量恒定时,增大气体分布器出口处径向射流的速度和剪切应力,可提高气泡破碎效率、强化气液传质。提出了增大液体喷嘴出口直径、减小气体分布器直径等强化反应器内气液传质的方法,通过增加气体分布器出口处径向射流的速度和剪切应力,使反应器内气泡平均尺寸减小、平均气含率升高、液相体积传质系数增大。建立了液相体积传质系数与气体输入功率、液体输入功率以及内构件结构参数之间的经验关联式,计算值与实验值的相对偏差小于20%。5.建立了带回流的多釜串联模型用于描述射流鼓泡反应器内液相返混,对冷模实验结果进行分析,发现鼓泡导致的中心向上壁面附近向下的循环流动、液体射流导致的中心向下壁面附近向上的循环流动、以及新鲜液体进料的局部短路决定了液相返混的大小。随着液体射流速度的增加或表观气速的减小,鼓泡引起的循环流动的尺度逐渐减小,而射流引起的循环流动的尺度逐渐增大,使得液相返混程度先减小后增大。在表观气速较低且射流速度较大时,与液体从喷嘴进料相比,液体从底部进料时液体短路量更大,返混程度更高;而在其它操作条件下,液体从底部进料时液相返混程度均小于液体从喷嘴进料。进一步,将甲醇羰基合成醋酸反应动力学方程与流动模型耦合,构建了射流鼓泡反应器的数学模型,甲醇转化率和醋酸收率的模型计算值与工业值的相对偏差均小于1%,验证了模型的准确性。模拟分析发现随着反应温度、甲醇进料浓度以及有效反应体积的增大,甲醇转化率增加,醋酸收率减小;增大液体循环流量或表观气速,甲醇转化率和醋酸收率均增大。
吴恺[8]（2020）在《柔性丝状颗粒在气流床内流动特性的实验与数值模拟研究》文中指出气流床以其具有相间接触面积大,传热、传质条件好,物料输送灵活等优点而广泛应用于各种工业领域。柔性丝状颗粒（如化工纤维、牧草、烟丝、秸秆、木材纤维等）是一类常见的工业加工颗粒,其具有形状细长、材质柔软、各向异性、容易弯曲变形等特点,因此,其在气流床中受力、变形、转动和取向分布复杂,且易在与气相相互作用及颗粒间相互作用下形成絮团,导致气流床设备性能变差。柔性丝状颗粒在气流床中的运动构成了一个复杂的气固两相流动系统,目前国内外研究者对这类颗粒流动特性的研究并不深入,对床内丝状颗粒的运动规律、絮团的形成、发展、聚并及破碎的演化规律等认识很不充分,从而导致对其的基础研究远落后于工业生产的需求。基于以上背景,本文通过实验和数值模拟相结合的方法,对气流床内柔性丝状颗粒的流动特性进行了系统性研究。在实验研究中,为了观察和探索丝状颗粒在气流床中的微观运动轨迹及宏观规律,本文构建了由三维可视化的气流床系统和高速图像采集处理系统构成的气流床实验平台,提出了针对提升管横截面柔性丝状颗粒时均浓度的测量方法（单视场和双视场时均浓度三维重构法）和柔性丝状颗粒的跟踪测速方法（Flexible Filamentous PTV）,通过大量实验揭示了柔性丝状颗粒特征点的平移运动轨迹及颗粒在提升管中的浓度、速度分布规律,同时,获得了发生平移和非平移运动的颗粒的比率、气固质量流率比和颗粒雷诺数之间的经验关联式。此外,本文还研究了在不同操作条件下柔性丝状颗粒的稳定流化临界速度,得到了稳定流化临界速度曲线。丝状颗粒在气化床流动过程中容易形成团絮,为了对团絮的尺寸、形状等性质进行有效表征,本文构建了柔性丝状颗粒絮团的识别算法,对实验中所获取的图片进行了分析。针对不同颗粒絮团的形态和演化过程,本文提出了5种提升管中心区域典型的絮团结构（条形结构,倒U型结构,马鞍结构,不规则结构和微小絮团结构）和4种提升管边壁处典型的絮团结构（竖直条形结构、从边壁向中心延伸的絮团结构、球形絮团结构及复合絮团结构）,并分别描述了这些絮团的主要特征,全面揭示了不同类型絮团形成、发展、聚并直至破碎的演化规律。同时,利用单因素实验分析的方法,详细探讨了颗粒物性和操作条件对颗粒絮团特性（絮团尺寸、形状和内部颗粒体积分数分布）的影响。实验发现,颗粒含水率的增加会显着改变颗粒的柔韧性和粘性。随着柔性丝状颗粒长度或含水率的增加,絮团的平均等效直径增大,且大絮团的数量也显着增加。另外,随着絮团尺寸的增大,絮团内的平均颗粒体积分数先降低,然后趋于定值。为了获得实验研究难以获得的信息及深入挖掘丝状颗粒在气流床中的运动规律,本文在开展实验研究的同时平行开展了数值模拟研究。为了尽可能地贴近实际,本文对气固两相采用不同方法进行建模,气相采用CFD方法,颗粒相采用柔性丝状颗粒链模型,采用双向耦合的数值迭代方案,对不同操作条件（表观气速、颗粒质量流率）下,气流床提升管中颗粒的流动过程进行了模拟仿真。同时,为了准确反映柔性丝状颗粒的柔韧性,本文提出了柔性丝状颗粒链模型中弹力系数的校准方法,根据实验数据对弹力系数进行校准。此外,本文对模型的有效性进行了详细验证,结果表明,当表观气速较低时,提升管底部颗粒浓度的模拟值比实验值略小。尽管如此,该模型仍能给出较为真实可靠的轴向颗粒浓度分布、速度分布及颗粒停留时间的概率分布。作为对比,本文还采用球形颗粒模型模拟了柔性丝状颗粒的平均停留时间和停留时间分布的跨度,发现其结果均远小于实验值,可见,若采用球形颗粒模型来模拟柔性丝状颗粒的停留时间分布将会导致较大的误差,这进一步突出了柔性丝状颗粒链模型的优越性。对气流床内颗粒停留时间分布的模拟研究可有助于推断最终产品的一致性。一般而言,颗粒停留时间分布的跨度越小,则最终产品质量（如颗粒干燥或混合的均匀性、颗粒表面涂层薄厚的一致性等）的一致性越强;而颗粒停留时间分布的跨度越大,则最终产品的差异性越大。研究发现,当表观气速较小（3.82 m/s）时,颗粒停留时间概率密度曲线会出现两个极大值。此时,颗粒在气流床内形成环核结构,其中第二个极大值是由于颗粒的横向运动造成的。同时,颗粒停留时间概率密度函数的跨度随着表观气速的增加而减小。通过分析颗粒的最小停留时间,本文获得了颗粒加速区（acceleration zone）和完全发展区（fully developed zone）的过渡点。在完全发展区,随着提升管高度的增加,颗粒最小停留时间等比例增大。
毕小奇[9]（2020）在《基于PIV及BIV耦合的破碎波浪特性研究》文中提出波浪破碎是海洋活动中极为常见的现象。当波浪传播进入浅水区时,因波陡增大会发生破碎,而深水波浪,如风浪,也会发生破碎。波浪破碎对海气交界面及海洋环境的相关运动具有相当重要的作用,而且波浪破碎会消耗大量波能,破碎波如遇到建筑物,也会产生很大的冲击力。为进一步了解波浪破碎的特征及机理,有必要对波浪破碎的流场进行更加细致的研究,但由于传统的测量方法限制,不能得到更加全面的破碎流场信息。目前,应用PIV技术及BIV技术在波浪破碎的测量上可以有效地解决传统接触式测量或单点式测量方法的缺陷,但PIV技术和BIV技术针对实验室波浪破碎的测量方法以及对实验室生成的破碎波流场都有待进一步探究。针对上述问题,本文根据破碎波试验,对PIV及BIV技术在波浪破碎测量中的方法、验证及改善、破碎波流场特征等进行了讨论,主要的研究内容及成果如下:（1）搭建了用于实验室测量破碎波的PIV及BIV系统,并对其进行了验证。根据PIV及BIV基本原理及前人文献总结,在实验室搭建了适用于破碎波测量的PIV及BIV系统;根据实验室现有设备,对搭建的PIV及BIV系统进行了一系列的验证试验,证明了该系统测量的准确性。（2）证明了两种新的照明方案可以用于BIV测量,其中一种可以用于BIV和PIV的同时测量。通过对BIV测量中的照明灯光进行分类,设置了10种不同的照明方案,通过与一般BIV照明方案测量结果进行对比,发现了7W激光与后置灯、4W激光与前置灯可以作为一般BIV照明方案的替代方案,其中7W激光与后置灯可以进一步用于BIV和PIV的同时测量。（3）通过PIV及BIV耦合测量得到了破碎波的全域流场。通过对破碎区域的视窗进行划分、标定、拼接及对相邻窗口和PIV与BIV重叠区域的处理,最终得到了破碎波的全域流场;并对选取的特定工况的速度场、结构特征及涡量场进行了分析。（4）发现了卷破波气泡区最大水平速度为相速度的1.66倍左右,崩破波为1.44倍左右。设置了不同工况的破碎波并对其气泡区进行BIV测量,其中4组破碎强度不同的卷破波的气泡区最大水平速度与其谱峰频计算的相速度的比值为1.651.69倍,而另外一组崩破波的比值为1.44倍。
丛垚[10]（2020）在《基于DPIV的垂直井油水两相流流速测量方法研究》文中研究指明高含水下垂直油水两相流流动参数测量一直是油田测井工程的重要内容,传统的流动参数测量仪存在卡砂、单点测量等诸多的局限性,从而导致测量结果不准确。因此需要设计测量精度高,稳定性强的测量仪。设计新的测量仪器应充分考虑被测流体的流动特性,需要对垂直油水两相流的流动特性进行研究,流速和流速分布是表征流动特性的重要参数,因此必须在模拟井中对油水两相流进行流速和流速分布测量。粒子图像测速（Particle image velocimetry,PIV）是流体力学领域中一种有效的使整个流场流速分布可视化的方法,将其应用于垂直井油水两相流流速测量中,可使测量过程具有无接触、无扰动、全场测量的优点,同时由于研究的对象从常见的单相流转为油水两相流,其应用同样存在局限性。需要对粒子图像测速在两相流中的应用进行研究,从而克服其局限性,在垂直油水两相流测量中发挥重要作用。传统的粒子图像测速技术需要向被测流体中撒入示踪粒子,而在油水两相流流体中,撒入的示踪粒子存在被遮挡问题,而且垂直井在进行多次试验后,一些类油滴附着物存在于井壁上,严重影响拍摄的油水两相流图像的质量。对于上述问题,本研究采用油水两相流中油相代替示踪剂作为示踪粒子,由于研究对象为垂直油水两相流灰度图像,使得图像互相关配准由于灰度信息复杂、噪声以及图像内油滴平面旋转变形而容易出现失误,根据图像特征选择迭代最近点配准（Iterative Closest Point,ICP）的方式代替传统互相关匹配,并采用移动最小二乘法对位移场中缺失的速度值进行补充。对于井壁类油滴附着物的问题,采用图像聚类的方法进行类油滴附着物轮廓识别,提取油水两相流图像的颜色特征、运动特征,通过K-means聚类算法进行油滴轮廓和类油滴附着物轮廓分类。由于传统K-means算法本身存在聚类结果准确性受离群点和初始聚类中心选择影响大的问题,因此基于分层聚类的思想,在进行聚类之前先对数据点进行过滤,从而改善聚类结果,将这种改进的聚类方法称为ILF-Kmeans算法,实验表明ILF-Kmeans算法比K-means算法聚类精度平均提高了5.72%。在125mm管径垂直模拟井上进行油水两相流实验,并将上述研究结果应用于垂直井油水两相流流速测量中,实验结果表明125mm管径下油水两相流测量精度提高了6.45%。
二、两相流PIV粒子图像处理方法的研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、两相流PIV粒子图像处理方法的研究（论文提纲范文）
（1）溃坝波流体运动特征的实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 溃坝波理论研究现状 |
| 1.2.2 溃坝波数值模拟研究现状 |
| 1.2.3 溃坝波模型实验研究现状 |
| 1.3 本文研究主要内容 |
| 2 掺气流动流场实验测量方法及原理 |
| 2.1 粒子图像测速法(PIV) |
| 2.1.1 PIV系统的组成与原理 |
| 2.1.2 图像预处理 |
| 2.1.3 互相关分析 |
| 2.1.4 结果后处理 |
| 2.2 气泡图像测速法(BIV) |
| 2.2.1 BIV系统的组成与原理 |
| 2.2.2 景深控制 |
| 3 溃坝波流场实验介绍 |
| 3.1 实验设备 |
| 3.1.1 实验水槽 |
| 3.1.2 闸门开启装置 |
| 3.1.3 实验仪器与材料 |
| 3.2 实验布置 |
| 3.2.1 PIV实验布置 |
| 3.2.2 BIV实验布置 |
| 3.3 实验参数 |
| 3.3.1 实验工况 |
| 3.3.2 拍摄窗口 |
| 4 掺气区域智能识别方法 |
| 4.1 BP神经网络 |
| 4.1.1 神经元 |
| 4.1.2 多层感知器 |
| 4.1.3 反向传播算法 |
| 4.2 卷积神经网络 |
| 4.2.1 输入层 |
| 4.2.2 卷积层 |
| 4.2.3 池化层 |
| 4.3 掺气区域识别方法 |
| 4.4 掺气区域分析软件开发 |
| 5 溃坝波流体运动特征分析 |
| 5.1 自由表面演化过程 |
| 5.1.1 演化过程理论分析 |
| 5.1.2 演化过程实验结果 |
| 5.2 闸门上游流场特征 |
| 5.3 砰击直墙掺气运动特征 |
| 5.3.1 流态特征 |
| 5.3.2 流场特征 |
| 5.3.3 涡量分布 |
| 5.3.4 湍流强度分布 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（2）气泡切割运动行为与传质过程研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 文献综述 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 气液传质理论研究进展 |
| 1.2.1 经典传质理论 |
| 1.2.2 经典传质模型修正 |
| 1.2.3 其他传质理论模型 |
| 1.3 气液两相流研究进展 |
| 1.3.1 数值模拟研究进展 |
| 1.3.2 实验研究进展 |
| 1.4 气泡运动行为研究进展 |
| 1.4.1 气泡形状 |
| 1.4.2 气泡上升速度 |
| 1.5 气液传质强化研究进展 |
| 1.6 现存问题与难点 |
| 1.7 主要研究内容 |
| 2 CFD数值模拟方法与模型建立 |
| 2.1 模型选择 |
| 2.2 VOF模型控制方程 |
| 2.3 气泡切割行为与传质过程计算模型建立 |
| 2.3.1 物理模型建立 |
| 2.3.2 网格划分 |
| 2.3.3 网格无关性检验 |
| 2.4 气泡切割行为计算模型 |
| 2.4.1 初始条件与数值方法 |
| 2.4.2 模型验证 |
| 2.5 气液传质计算模型 |
| 2.5.1 传质模型简化 |
| 2.5.2 控制方程与传质模型 |
| 2.5.3 初始条件与数值方法 |
| 2.5.4 模型验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 单气泡切割运动行为及传质过程数值模拟 |
| 3.1 计算条件及模拟物系 |
| 3.2 气泡运动轨迹 |
| 3.3 气泡直径对切割过程的影响 |
| 3.3.1 流场变化 |
| 3.3.2 速度变化 |
| 3.3.3 传质变化 |
| 3.4 丝径对切割过程的影响 |
| 3.4.1 流场变化 |
| 3.4.2 速度变化 |
| 3.4.3 浓度分布变化 |
| 3.5 不对称切割过程的影响 |
| 3.5.1 流场变化 |
| 3.5.2 速度变化 |
| 3.5.3 传质变化 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 单气泡切割运动行为实验 |
| 4.1 实验装置 |
| 4.2 实验体系 |
| 4.3 示踪粒子的选择 |
| 4.4 实验过程 |
| 4.5 图像捕捉及处理 |
| 4.6 实验结果与讨论 |
| 4.6.1 气泡运动轨迹 |
| 4.6.2 气泡切割中形状变化 |
| 4.6.3 气泡切割过程中速度变化 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 气泡传质实验 |
| 5.1 传质实验装置 |
| 5.2 实验药品及参数 |
| 5.3 变色原理 |
| 5.4 实验图像处理步骤 |
| 5.5 传质实验结果与分析 |
| 5.5.1 氧气浓度分布验证 |
| 5.5.2 灰度与氧气浓度关联式测定 |
| 5.5.3 气泡切割过程中传质尾迹 |
| 5.5.4 切割过程中气泡周围浓度分布情况 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（3）多仓室流化床中生物质热裂解状态下的运移机理研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 符号说明 |
| 前言 |
| 1 文献综述 |
| 1.1 能源形势 |
| 1.1.1 世界能源 |
| 1.1.2 我国能源 |
| 1.2 生物质能 |
| 1.3 生物质能转化技术 |
| 1.3.1 物理转化技术 |
| 1.3.2 热化学转化技术 |
| 1.3.3 生物转化技术 |
| 1.4 生物质热解液化技术 |
| 1.4.1 生物质热解液化机理 |
| 1.4.2 生物质热解影响因素 |
| 1.5 气固两相流动及热解流化床研究现状 |
| 1.5.1 气固两相流的分类 |
| 1.5.2 气固两相流的研究方法 |
| 1.5.3 颗粒速度测量法 |
| 1.5.4 流化床内气固两相流动特征 |
| 1.5.5 生物质热解反应器研究现状 |
| 1.5.6 生物质热解反应器 |
| 1.6 本文研究内容 |
| 2 数学模型和数值方法 |
| 2.1 生物质热解收缩模型现状 |
| 2.2 生物质热解未反应缩核模型 |
| 2.2.1 未反应缩核模型 |
| 2.2.2 模型假设 |
| 2.2.3 动力学模型 |
| 2.3 CFD软件介绍 |
| 2.3.1 CFD求解过程 |
| 2.3.2 Fluent简介及计算过程 |
| 2.4 物理模型 |
| 2.4.1 多相流模型 |
| 2.4.2 湍流模型 |
| 2.5 离散单元法 |
| 2.5.1 EDEM软件 |
| 2.5.2 接触力模型 |
| 2.5.3 时间步长 |
| 2.6 CFD-DEM耦合 |
| 3 基于生物质热解的气固多仓室流化床冷态实验研究 |
| 3.1 实验装置与系统 |
| 3.2 粒子图像测速系统 |
| 3.3 实验内容 |
| 3.3.1 颗粒收缩模型 |
| 3.3.2 热解时间的确定 |
| 3.3.3 材料属性及颗粒粒径变化 |
| 3.3.4 各热解年龄段物性确定 |
| 3.3.5 热解过程颗粒设定 |
| 3.3.6 实验步骤 |
| 3.3.7 实验注意事项 |
| 3.4 实验结果与分析 |
| 3.4.1 颗粒速度流场分析 |
| 3.4.2 颗粒轴径向速度流场分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 多仓室流化床中热解颗粒的运移规律研究 |
| 4.1 几何建模 |
| 4.2 数值模拟参数的设置 |
| 4.3 网格无关性验证 |
| 4.4 模型验证 |
| 4.5 不同气速条件下模拟结果与讨论 |
| 4.5.1 床层和半焦演化过程 |
| 4.5.2 各仓室粒径、停留时间分布 |
| 4.5.3 各热解阶段颗粒占比 |
| 4.5.4 颗粒流化特性 |
| 4.5.5 不同进气气速下流化特性总结 |
| 4.6 不同温度条件下模拟结果与讨论 |
| 4.6.1 床层和半焦演化过程 |
| 4.6.2 各仓室颗粒停留时间分布和粒径分布 |
| 4.6.3 各仓室颗粒速度分布 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
（4）泵站虹吸式出水流道水力挟气阶段气液两相流研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 气液两相流及气泡破碎机理研究概况 |
| 1.4 本文研究的主要内容及方法 |
| 第二章 实验装置及实验原理介绍 |
| 2.1 实验目的 |
| 2.2 循环管路系统 |
| 2.3 PIV基本原理及系统组成 |
| 2.4 PIV流场测量设备布置 |
| 2.5 PIV图像处理算法及其参数设置 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 虹吸流道水力挟气阶段实验研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 实验方案 |
| 3.2.1 水力挟气阶段不同挟气状态实验方案 |
| 3.2.2 水力挟气阶段PIV流场测量实验方案 |
| 3.3 水力挟气阶段不同挟气状态实验结果分析 |
| 3.4 PIV流场测量结果分析 |
| 3.5 实验误差分析 |
| 3.5.1 系统误差 |
| 3.5.2 操作误差 |
| 3.5.3 方法误差 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 虹吸流道水力挟气阶段瞬态数值模拟方法 |
| 4.1 基本控制方程 |
| 4.2 湍流模型 |
| 4.2.1 湍流计算方法 |
| 4.2.2 湍流模型特性分析 |
| 4.3 多相流模型 |
| 4.3.1 VOF模型 |
| 4.4 控制方程的离散方法 |
| 4.5 模型网格划分及求解器设置 |
| 4.5.1 模型建立 |
| 4.5.2 网格划分 |
| 4.5.3 求解器设置 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 虹吸流道水力挟气阶段瞬态数值模拟分析 |
| 5.1 数值模拟与实验对比分析 |
| 5.1.1 0.45m/s流速下对比分析 |
| 5.1.2 0.7m/s流速下对比分析 |
| 5.1.3 1.2m/s流速下对比分析 |
| 5.1.4 对比结果分析 |
| 5.1.5 数值模拟结果分析 |
| 5.2 上升角对水力挟气阶段的影响 |
| 5.3 高宽比对水力挟气阶段的影响 |
| 5.4 水力挟气阶段持续时间影响因素的响应曲面法分析 |
| 5.4.1 模型的建立及显着性检验 |
| 5.4.2 响应面分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结及展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间发表的论文 |
（5）液压油箱用气液旋流分离器结构优化与分离规律研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究背景和意义 |
| 1.2 气液分离方法的研究现状 |
| 1.3 气液两相流仿真技术的应用 |
| 1.4 PIV旋流试验方法的应用 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第2章 气液旋流流动与分离理论分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 旋流流动理论分析 |
| 2.2.1 涡流流动理论 |
| 2.2.2 旋转流基本方程 |
| 2.2.3 自由涡基本方程 |
| 2.2.4 强制涡基本方程 |
| 2.2.5 组合涡基本方程 |
| 2.3 气泡运动力学分析 |
| 2.3.1 曳力 |
| 2.3.2 附加质量力(虚拟质量力) |
| 2.3.3 横向力 |
| 2.3.4 浮力 |
| 2.3.5 整体界面力方程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于正交试验的旋流结构优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 气液旋流分离器结构及工作原理 |
| 3.3 正交试验方案设计 |
| 3.4 正交试验结果分析 |
| 3.4.1 分离效率与溢流分流比 |
| 3.4.2 极差分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 气液旋流流动与分离规律数值仿真研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 CFD计算方法 |
| 4.2.1 几何模型 |
| 4.2.2 网格划分与无关性分析 |
| 4.2.3 流体介质与边界条件 |
| 4.2.4 数值计算模型 |
| 4.3 含气量对旋流流动与分离规律的影响 |
| 4.3.1 气体体积分数分布规律 |
| 4.3.2 压力分布规律 |
| 4.3.3 速度分布规律 |
| 4.3.4 多尺度粒径气泡分布规律 |
| 4.3.5 分离效率 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 气液旋流流动与分离规律PIV试验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 相似理论与相似计算 |
| 5.2.1 模型试验与相似理论 |
| 5.2.2 试验模型相似计算 |
| 5.3 试验系统 |
| 5.3.1 试验系统简介 |
| 5.3.2 试验模型 |
| 5.3.3 PIV流场测试系统简介与调试 |
| 5.4 试验结果与分析 |
| 5.4.1 气液旋流流动规律试验验证 |
| 5.4.2 气液旋流分离规律试验验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
（6）基于PIV和CFD的双层搅拌反应器优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号、缩写说明 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 搅拌反应器实验研究现状 |
| 1.2.1 宏观特性测量 |
| 1.2.2 微观特性测量 |
| 1.3 反应器数值模拟研究现状 |
| 1.3.1 湍流模拟方法 |
| 1.3.2 叶片旋转运动处理方法 |
| 1.4 搅拌混合优化研究现状 |
| 1.4.1 混合的影响因素 |
| 1.4.2 挡板优化研究现状 |
| 1.4.3 多目标优化研究现状 |
| 1.5 研究目的与内容 |
| 1.5.1 研究目的 |
| 1.5.2 研究内容 |
| 1.5.3 技术路线 |
| 第2章 搅拌反应器流场的PIV实验 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 搅拌设备参数 |
| 2.3 PIV系统与实验参数 |
| 2.3.1 PIV试验装置 |
| 2.3.2 PIV测速原理 |
| 2.3.3 PIV测量步骤 |
| 2.4 结果与讨论 |
| 2.4.1 流场结构分析 |
| 2.4.2 速度与湍动能场 |
| 2.4.3 搅拌桨型选择 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于CFD的搅拌反应器多目标优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 数值模拟方法 |
| 3.2.1 控制方程 |
| 3.2.2 湍流方程 |
| 3.2.3 建模与网格划分 |
| 3.2.4 边界和初始条件 |
| 3.2.5 模拟策略 |
| 3.2.6 计算后处理与实验测量 |
| 3.2.7 网格独立性验证 |
| 3.3 基于CFD的二次回归正交实验 |
| 3.3.1 实验安排 |
| 3.3.2 正交实验结果 |
| 3.3.3 方差分析 |
| 3.3.4 响应面分析 |
| 3.4 搅拌反应器多目标优化 |
| 3.4.1 多目标遗传算法 |
| 3.4.2 Pareto前沿分析 |
| 3.4.3 优化结果与验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 搅拌反应器DES数值模拟与PIV实验验证 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验装置 |
| 4.3 DES数值模拟 |
| 4.3.1 基本原理 |
| 4.3.2 建模与网格划分 |
| 4.3.3 边界和初始条件 |
| 4.3.4 模拟策略 |
| 4.4 结果与讨论 |
| 4.4.1 壁面y~+验证 |
| 4.4.2 速度场验证 |
| 4.4.3 湍动能验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 新型扭转式挡板流动特性分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 新型挡板的设计理念 |
| 5.3 数值模拟方法 |
| 5.4 最大Lyapunov指数 |
| 5.5 数据取样策略 |
| 5.6 扭转挡板在单相流下的流动特征 |
| 5.6.1 宏观流场特性比较 |
| 5.6.2 功率消耗比较 |
| 5.6.3 最大Lyapunov指数比较 |
| 5.7 扭转挡板在气液两相流下的流动特征 |
| 5.7.1 羧甲基纤维素钠溶液流变特性曲线 |
| 5.7.2 数值模拟方案 |
| 5.7.3 速度云图分析 |
| 5.7.4 气含率分布 |
| 5.8 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在校科研成果 |
（7）竖直液体射流场中气泡的破碎、输运、分散规律及气液传质过程强化（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的与科学意义 |
| 1.2 本研究主要工作 |
| 参考文献 |
| 第二章 文献综述 |
| 2.1 气泡破碎行为 |
| 2.1.1 气泡破碎机理 |
| 2.1.2 气泡破碎频率 |
| 2.1.3 气泡破碎方式 |
| 2.1.4 气泡破碎模型 |
| 2.2 气泡动力学行为 |
| 2.2.1 气泡生成特性 |
| 2.2.2 气泡运动轨迹 |
| 2.2.3 气泡上升速度 |
| 2.3 气液分散特性 |
| 2.3.1 气液分散状态及机理 |
| 2.3.2 气液分散的影响因素 |
| 2.3.3 气液分散状态的检测方法 |
| 2.4 气液传质特性及过程强化 |
| 2.4.1 气液传质理论 |
| 2.4.2 气液相界面积 |
| 2.4.3 气液传质过程强化 |
| 2.5 课题的提出 |
| 符号说明 |
| 参考文献 |
| 第三章 实验装置和方法 |
| 3.1 实验装置与物料 |
| 3.1.1 拟二维射流鼓泡反应器实验装置 |
| 3.1.2 三维射流鼓泡反应器实验装置 |
| 3.1.3 实验物料 |
| 3.2 实验测量方法 |
| 3.2.1 高速摄像法 |
| 3.2.2 粒子/气泡图像测速 |
| 3.2.3 声发射检测技术 |
| 3.2.4 动态溶氧法 |
| 3.2.5 脉冲示踪法 |
| 3.3 数据处理方法 |
| 3.3.1 粒子/气泡速度 |
| 3.3.2 气泡尺寸 |
| 3.3.3 声信号频谱分析 |
| 3.3.4 声信号标准差的波动分布指数 |
| 3.3.5 液相体积传质系数 |
| 3.3.6 停留时间分布 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 竖直液体射流场中单气泡的破碎行为 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 实验流程与方法 |
| 4.2.1 实验流程 |
| 4.2.2 实验方法 |
| 4.3 气泡破碎模式 |
| 4.4 气泡破碎区 |
| 4.5 气泡破碎参数及经验关联式 |
| 4.5.1 气泡破碎概率 |
| 4.5.2 气泡破碎频率及经验关联式 |
| 4.5.3 子气泡数量及经验关联式 |
| 4.5.4 子气泡尺寸分布及经验关联式 |
| 4.6 本章小结 |
| 符号说明 |
| 参考文献 |
| 第五章 竖直液体射流场中气泡群的运动行为 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 实验流程及方法 |
| 5.2.1 实验流程 |
| 5.2.2 实验方法 |
| 5.3 气泡群的运动及演化规律 |
| 5.3.1 气泡群的运动轨迹 |
| 5.3.2 气泡涡的演化规律 |
| 5.3.3 气泡涡的摆动特性 |
| 5.3.4 气泡涡对气泡的输运 |
| 5.4 气泡尺寸分布 |
| 5.4.1 射流速度对气泡尺寸分布的影响 |
| 5.4.2 不同轴向高度处气泡尺寸分布 |
| 5.5 气泡上升速度 |
| 5.5.1 气泡运动速度的振荡特性 |
| 5.5.2 气泡群的时均上升速度 |
| 5.6 本章小结 |
| 符号说明 |
| 参考文献 |
| 第六章 竖直液体射流场中气液分散状态及声发射检测 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验流程及方法 |
| 6.2.1 实验流程 |
| 6.2.2 实验方法 |
| 6.3 竖直液体射流场中气液分散状态 |
| 6.4 射流鼓泡反应器中声信号分析 |
| 6.5 气液分散状态的声发射检测 |
| 6.6 本章小结 |
| 符号说明 |
| 参考文献 |
| 第七章 内构件结构对射流鼓泡反应器气液传质性能的影响 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 实验流程及方法 |
| 7.2.1 实验流程 |
| 7.2.2 实验方法 |
| 7.3 喷嘴出口直径对气液传质的影响 |
| 7.4 气体分布环直径对气液传质的影响 |
| 7.5 液相体积传质系数经验模型 |
| 7.6 本章小结 |
| 符号说明 |
| 参考文献 |
| 第八章 射流鼓泡反应器液相返混特性及反应器模型的构建 |
| 8.1 引言 |
| 8.2 实验流程及方法 |
| 8.2.1 实验流程 |
| 8.2.2 实验方法 |
| 8.3 液相返混特性 |
| 8.3.1 流动模型及验证 |
| 8.3.2 操作条件对液相返混的影响 |
| 8.3.3 进料方式对液相返混的影响 |
| 8.4 射流鼓泡反应器数学模型的构建及应用 |
| 8.4.1 射流鼓泡反应器数学模型的构建及验证 |
| 8.4.2 反应温度对转化率和收率的影响 |
| 8.4.3 表观气速对转化率和收率的影响 |
| 8.4.4 液体循环流量对转化率和收率的影响 |
| 8.4.5 甲醇进料浓度对转化率和收率的影响 |
| 8.4.6 有效反应体积对转化率和收率的影响 |
| 8.5 本章小结 |
| 符号说明 |
| 参考文献 |
| 第九章 结论与展望 |
| 9.1 结论与创新点 |
| 9.2 展望 |
| 作者简介 |
| 博士期间发表的论文及专利 |
（8）柔性丝状颗粒在气流床内流动特性的实验与数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号说明 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文研究背景及意义 |
| 1.2 柔性丝状颗粒流动特性的国内外研究现状 |
| 1.2.1 柔性丝状颗粒流动参数测量方法的研究 |
| 1.2.2 柔性丝状颗粒在流场中流动规律的研究 |
| 1.2.3 柔性丝状颗粒流动特性研究存在问题的综合评述 |
| 1.3 本课题的技术路线 |
| 1.4 本课题的研究内容 |
| 1.4.1 实验研究 |
| 1.4.2 数值模拟 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 柔性丝状颗粒在气流床提升管内浓度分布规律的实验研究 |
| 2.1 气流床实验系统 |
| 2.1.1 实验系统及实验流程 |
| 2.1.2 实验测量系统 |
| 2.1.3 实验物料特性 |
| 2.2 实验操作条件 |
| 2.3 稳定流化临界速度 |
| 2.4 柔性丝状颗粒浓度分布 |
| 2.4.1 柔性丝状颗粒横截面浓度分布 |
| 2.4.2 柔性丝状颗粒在高度方向的浓度分布 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 柔性丝状颗粒在气流床提升管内运动特性的实验研究 |
| 3.1 柔性丝状颗粒跟踪测速法 |
| 3.1.1 柔性丝状颗粒上的特征点 |
| 3.1.2 特征点的运动 |
| 3.1.3 发生平动和非平移运动的柔性丝状颗粒的比率 |
| 3.2 粒子图像测速法 |
| 3.3 误差及局限性分析 |
| 3.4 结果与讨论 |
| 3.4.1 特征点的平移运动轨迹 |
| 3.4.2 颗粒发生平移和非平移运动的比率 |
| 3.4.3 颗粒平动速度分布统计 |
| 3.4.4 柔性丝状颗平动速度随时间的变化 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 气流床内柔性丝状颗粒絮团的演化规律及其特性的实验研究 |
| 4.1 柔性丝状颗粒絮团识别及分析方法 |
| 4.1.1 柔性丝状颗粒的提取 |
| 4.1.2 .二值化 |
| 4.1.3 絮团识别方法 |
| 4.1.4 絮团形状特征分析 |
| 4.2 气流床内柔性丝状颗粒絮团的结构及其演变规律 |
| 4.2.1 提升管横截面中心区域典型的絮团结构 |
| 4.2.2 提升管边壁处典型的絮团结构 |
| 4.3 柔性丝状颗粒絮团的特性 |
| 4.3.1 操作条件对絮团特性的影响 |
| 4.3.2 颗粒物性对絮团特性的影响 |
| 4.3.3 絮团内部颗粒体积分数 |
| 4.3.4 柔性丝状颗粒絮团经验关联式 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 气流床提升管内柔性丝状颗粒流动的数值模拟方法 |
| 5.1 数理模型 |
| 5.1.1 颗粒相 |
| 5.1.2 气相 |
| 5.1.3 柔性丝状颗粒受到的曳力 |
| 5.1.4 模型的数值求解过程 |
| 5.1.5 颗粒停留时间分布 |
| 5.2 数值模拟对象 |
| 5.2.1 物理模型 |
| 5.2.2 模拟参数的选择 |
| 5.3 模型参数的校准和模型验证 |
| 5.3.1 模型中小球间弹力系数的校准 |
| 5.3.2 颗粒相的运动 |
| 5.3.3 动力学特性 |
| 5.3.4 颗粒停留时间分布 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 气流床提升管内柔性丝状颗粒流动特性的数值模拟研究 |
| 6.1 柔性丝状颗粒分布特性研究 |
| 6.1.1 表观气速对柔性丝状颗粒的分布特性的影响 |
| 6.1.2 颗粒质量流率对柔性丝状颗粒的分布的影响 |
| 6.2 柔性丝状颗粒轴向速度分布 |
| 6.3 柔性丝状颗粒停留时间分布 |
| 6.3.1 表观气速对颗粒停留时间分布的影响 |
| 6.3.2 颗粒质量流率对颗粒停留时间分布的影响 |
| 6.3.3 提升管高度对颗粒停留时间分布的影响 |
| 6.4 气相场流动特性 |
| 6.4.1 气相速度及空隙率分布 |
| 6.4.2 压力场分布 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 主要研究成果 |
| 7.1.1 实验研究 |
| 7.1.2 数值模拟研究 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表学术论文及研究成果 |
| 致谢 |
（9）基于PIV及BIV耦合的破碎波浪特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 数值模拟在波浪破碎方面的发展 |
| 1.2.2 现场观测在波浪破碎方面的发展 |
| 1.2.3 模型试验在波浪破碎方面的发展 |
| 1.3 本文研究主要内容 |
| 2 破碎测量试验介绍 |
| 2.1 试验方法与设备 |
| 2.1.1 试验设备 |
| 2.1.2 试验布置 |
| 2.1.3 试验造波方法 |
| 2.1.4 试验参数设置 |
| 2.2 破碎波特征参数及分析 |
| 2.2.1 气泡区最大水平速度 |
| 2.2.2 涡量 |
| 2.2.3 破碎过程结构特征 |
| 3 基于PIV和 BIV耦合的测量系统 |
| 3.1 粒子图像测速方法(PIV)介绍 |
| 3.2 气泡图像测速方法(BIV)介绍 |
| 3.3 PIV-Lab介绍 |
| 3.4 测量系统验证 |
| 3.4.1 波浪重复性 |
| 3.4.2 二维水槽流速验证 |
| 3.4.3 PIV测量系统验证 |
| 3.4.4 BIV测量系统验证 |
| 3.5 图像标定 |
| 4 气泡图像测速方法分析 |
| 4.1 照明方案中灯光的布置 |
| 4.2 不同照明方案之效果及流速场 |
| 4.2.1 一般BIV照明方案 |
| 4.2.2 激光与前置灯 |
| 4.2.3 激光与后置灯 |
| 4.2.4 上部灯 |
| 4.2.5 上部灯与前置灯 |
| 4.2.6 上部灯与后置灯 |
| 4.3 照明方案结果分析 |
| 5 破碎流场特性分析 |
| 5.1 破碎全域流场 |
| 5.1.1 图像拼接 |
| 5.1.2 重叠区域处速度处理 |
| 5.1.3 不同时刻下的破碎全域流场 |
| 5.2 工况1破碎过程分析 |
| 5.2.1 速度及结构特征分析 |
| 5.2.2 涡量分析 |
| 5.3 不同工况下气泡区最大水平速度随时间变化之关系 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（10）基于DPIV的垂直井油水两相流流速测量方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 创新点摘要 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 多相流流速/流量测量方法的国内外研究现状 |
| 1.3 DPIV技术及发展现状 |
| 1.3.1 DPIV基本测量原理 |
| 1.3.2 图像预处理技术 |
| 1.3.3 DPIV匹配算法 |
| 1.4 垂直油水两相流中应用DPIV存在的问题 |
| 1.5 论文的研究内容与框架 |
| 第二章 垂直油水两相流图像后处理算法研究 |
| 2.1 WIDIM算法原理 |
| 2.1.1 多重网格迭代 |
| 2.1.2 互相关配准 |
| 2.1.3 查询窗口变形 |
| 2.1.4 相关峰拟合 |
| 2.1.5 错误数据剔除 |
| 2.2 图像配准算法 |
| 2.2.1 模板匹配 |
| 2.2.2 特征匹配 |
| 2.2.3 迭代最近点配准 |
| 2.3 油水两相流位移场补充 |
| 2.4 多重网格迭代变形算法优化 |
| 2.5 算法验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 油水两相流管壁类油滴附着物处理方法研究 |
| 3.1 油水两相流图像特征提取 |
| 3.2 基于ILF-Kmeans算法的管壁附着物消除方法 |
| 3.2.1 聚类算法 |
| 3.2.2 孤立森林算法 |
| 3.2.3 ILF-Kmeans算法 |
| 3.3 算法验证 |
| 3.3.1 评价指标 |
| 3.3.2 算法验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 垂直油水两相流实验及结果分析 |
| 4.1 垂直油水两相流实验环境 |
| 4.2 125mm垂直模拟井实验 |
| 4.3 实验结果与分析 |
| 4.3.1 图像预处理结果 |
| 4.3.2 管壁附着物处理结果 |
| 4.3.3 125mm垂直模拟井油水两相流测量结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 发表文章目录 |
| 致谢 |
四、两相流PIV粒子图像处理方法的研究（论文参考文献）
- [1]溃坝波流体运动特征的实验研究[D]. 谭挺. 大连理工大学, 2021(01)
- [2]气泡切割运动行为与传质过程研究[D]. 崔久军. 青岛科技大学, 2021(02)
- [3]多仓室流化床中生物质热裂解状态下的运移机理研究[D]. 芦园春. 青岛科技大学, 2021(01)
- [4]泵站虹吸式出水流道水力挟气阶段气液两相流研究[D]. 罗爽. 武汉大学, 2021(12)
- [5]液压油箱用气液旋流分离器结构优化与分离规律研究[D]. 吕瑞琪. 燕山大学, 2021(01)
- [6]基于PIV和CFD的双层搅拌反应器优化设计[D]. 赵行. 西南大学, 2021(01)
- [7]竖直液体射流场中气泡的破碎、输运、分散规律及气液传质过程强化[D]. 帅云. 浙江大学, 2021
- [8]柔性丝状颗粒在气流床内流动特性的实验与数值模拟研究[D]. 吴恺. 东南大学, 2020(02)
- [9]基于PIV及BIV耦合的破碎波浪特性研究[D]. 毕小奇. 大连理工大学, 2020(02)
- [10]基于DPIV的垂直井油水两相流流速测量方法研究[D]. 丛垚. 东北石油大学, 2020(03)